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原文传递液化倾斜场地桥梁桩基动力反应与简化分析方法

论文题名：	液化倾斜场地桥梁桩基动力反应与简化分析方法
关键词：	液化微倾场地;桥梁桩基;动力反应;简化分析方法
摘要：	震害调查表明,强震下场地液化侧向大变形对桥梁桩基破坏最严重,也是导致桩基桥梁震害的最主要原因。近二十多年来,我国桥梁建设快速发展且较多采用桩基。由于我国地震多发且分布广、强度大,建桥区一般为极易发生液化侧向大变形的微倾场地或近岸水平场地,因此强震下液化倾斜场地桥梁桩基地震反应与稳定性分析方法,便成为我国桩基桥梁抗震中亟待解决的关键科学问题之一。过去,国内外对强震下液化侧侧向变形的研究集中于土体侧向位移预测方法,陆续提出了多种预测模型。近年,此项研究更多关注于液化侧扩流场地桥梁桩基强震反应分析问题,但是针对液化侧扩流倾斜场地桥梁桩基的抗震问题鲜有报道。鉴于此,本文从分析桩-土动力相互作用入手,研究了液化微倾场地桥梁桩基动力反应的基本规律,并考察液化微倾场地桩-土动力相互作用的物理过程与力学机制,建立了液化微倾场地桥梁桩基的简化分析方法。　　首先,针对已完成的振动台试验,利用u-p控制方程的有限元表达形式,采用新提出的土的多屈服面弹塑性本构模型,建立了考虑饱和砂土水土耦合效应的桩-土动力相互作用分析的三维动力有限元数值模型;基于此,将上述验证的数值模型拓展成为可用于液化微倾场地桩-土-桥梁结构动力相互作用分析的三维数值模型,并编制了相应的程序;进而,实施了液化微倾场地桩-土-桥梁结构动力相互作用分析的参数研究,重点考察了桩的加固效应、桩头约束作用、输入地震动特性及多维地震动等影响效应,获得了桩-土动力相互作用的基本规律与特性。　　随后,采用建立的三维有限元分析模型与相应的计算方法,针对液化微倾场地桩-土-桥梁结构动力相互作用,输入正弦波进行反复的数值模拟,据此获得了不同幅值正弦波输入下液化微倾场地桩-土动力相互作用p-y曲线,研究了桩径、桩的刚度、桩长、土的渗透系数、土体倾斜角、有效上覆应力、土的膨胀角、土的相对密度、水位线高度、液化砂层厚度、非液化土层厚度、多向地震动及土层结构等主要因素对砂土动力p-y曲线的基本属性。　　接着,通过分时段考虑孔压比的途径,构建不同孔压比下砂土动力p-y曲线;进而,以孔压比为基本控制变量,引入场地倾斜度因子,建立适用于液化微倾场地的砂土p-y曲线简化公式;以0.2m桩径建立的三维有限元分析模型为基准,建立了土反力的桩径影响因子与桩径之间经验公式,修正上述公式,使得砂土p-y曲线简化公式可以考虑桩径效应。考虑工程设计的需要,选取API规范推荐的循环荷载作用下饱和砂土极限土反力作为简化模型的极限土反力。　　最后,基于非线性文克尔地基梁模型,采用适用于场地微倾条件下的液化砂土的p-y曲线简化模型,考虑了砂土液化对微倾场地桩-土动力相互作用土弹簧的影响,建立了液化微倾场地桩-土动力相互作用简化数值模型与非线性拟静力计算方法,很好通过有限元法计算结果验证了简化分析方法的正确性。采用简化分析方法,进行了桩径、孔压比、场地倾斜度、桩头约束条件等参数对液化微倾场地桩-土动力相互作用影响的效应。　　鉴于上述,本文无疑对于进一步提高我国桥梁桩基抗震设计水平且尽快与国际接轨努力保障我国桥梁工程抗震性能与地震安全性,逐步完善我国桥梁工程抗震设计规范在液化侧向扩流场地桩基抗震设计方面的关键技术细节,具有极其重要的积极作用。
作者：	贝哒
专业：	岩土工程
导师：	凌贤长;唐亮
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文